1、12地表岩石破坏搬运沉积土的形成土的形成3地球到现在已有60亿年的历史绝对地质年代和相对地质年代一般采用相对地质年代主要依据：地壳运动和生物演变主要依据：地壳运动和生物演变相对地质年代单位 代、纪、世、期、时代、纪、世、期、时与相对地质年代单位相对应的地层单位 界、系、统、阶、带界、系、统、阶、带4新生代新生代中生代中生代古生代古生代元古代元古代太古代太古代第四纪第四纪Q全新世全新世Q45第四纪是新生代最晚的一个纪第四纪是新生代最晚的一个纪,时间下限为时间下限为200万年万年.开展对第四纪地质的研究开展对第四纪地质的研究,对人类的工程活动具有重对人类的工程活动具有重要意义。要意义。地质年代绝对
2、年龄（万年）纪世第四纪Q全新世Q41更新世晚更新世Q310中更新世Q273早更新世Q12006第四纪气候冷暖变化频繁，冰川作用强烈。中国大第四纪气候冷暖变化频繁，冰川作用强烈。中国大陆在冰川期间，海平面下降，渤海、东海、黄海均陆在冰川期间，海平面下降，渤海、东海、黄海均为陆地，台湾与大陆相连，气候干燥、风沙盛行、为陆地，台湾与大陆相连，气候干燥、风沙盛行、黄土堆积作用强烈。黄土堆积作用强烈。第四纪沉积物第四纪沉积物由于新构造运动强烈，海平面和气候变化频繁，使由于新构造运动强烈，海平面和气候变化频繁，使得第四纪沉积环境极为复杂。第四纪沉积物形成时得第四纪沉积环境极为复杂。第四纪沉积物形成时间短，
3、成岩作用不充分，常呈松散、多孔、软弱状间短，成岩作用不充分，常呈松散、多孔、软弱状态覆盖于地表。按其成因可分为：态覆盖于地表。按其成因可分为：残积物、坡积物、残积物、坡积物、洪积物、冲积物、湖泊沉积物、海洋沉积物、冰碛洪积物、冲积物、湖泊沉积物、海洋沉积物、冰碛与冰水沉积物、风积物。与冰水沉积物、风积物。7残积物残积物岩石经物理风化和化学风化作用后残留岩石经物理风化和化学风化作用后残留在原地的碎屑物称残积物、残积土或残在原地的碎屑物称残积物、残积土或残积层。土壤层、残积层、风化岩层构成积层。土壤层、残积层、风化岩层构成完整的地表风化壳。完整的地表风化壳。残积物不具有层理，其表部土壤层孔隙残积物
4、不具有层理，其表部土壤层孔隙率大、压缩性高、强度低；残积层通常率大、压缩性高、强度低；残积层通常为含碎石或砂粒的粘性土或碎石土、砂为含碎石或砂粒的粘性土或碎石土、砂砾土组成，其强度较高。砾土组成，其强度较高。坡积物坡积物雨水或雪水将高处的风化碎屑物质洗刷而向下搬运，雨水或雪水将高处的风化碎屑物质洗刷而向下搬运，或由于本身的重力作用，堆积在平缓的斜坡或坡脚或由于本身的重力作用，堆积在平缓的斜坡或坡脚处，成为坡积物。处，成为坡积物。8残积土残积土坡积土坡积土9洪积物洪积物 大雨或融雪水将山区或高地的大量碎屑物沿冲沟搬运到山大雨或融雪水将山区或高地的大量碎屑物沿冲沟搬运到山前或山坡的低平地带堆积而成
5、。洪积物在沟口往往呈扇状分布，前或山坡的低平地带堆积而成。洪积物在沟口往往呈扇状分布，称为洪积扇。分选程度较好、具层理、含夹层及透镜体。称为洪积扇。分选程度较好、具层理、含夹层及透镜体。一般可将洪积扇分为上、中、下三部分。上部主要由砾石、一般可将洪积扇分为上、中、下三部分。上部主要由砾石、卵石组成，强度高、压缩性小，是工业与民用建筑的良好地基。卵石组成，强度高、压缩性小，是工业与民用建筑的良好地基。孔隙大，透水性强，不宜建坝。中部以砂土为主，下部以粘土孔隙大，透水性强，不宜建坝。中部以砂土为主，下部以粘土为主，可作为工业与民用建筑的地基。为主，可作为工业与民用建筑的地基。洪积土洪积土10冲积物
6、冲积物将河流沉积物称为冲积物，磨圆度、分选性好，具将河流沉积物称为冲积物，磨圆度、分选性好，具层理构造。古河床冲积物的压缩性低、强度较高，层理构造。古河床冲积物的压缩性低、强度较高，是良好的建筑地基；现代河床冲积物密实度较差、是良好的建筑地基；现代河床冲积物密实度较差、透水性强，尤其不利于作为水工建筑物地基。透水性强，尤其不利于作为水工建筑物地基。冲积土冲积土11由湖浪侵蚀的碎屑物及入湖河流等搬运的碎屑物由湖浪侵蚀的碎屑物及入湖河流等搬运的碎屑物经湖流和湖浪的搬运后沉积下来的物质称湖泊沉经湖流和湖浪的搬运后沉积下来的物质称湖泊沉积物。近岸带沉积物承载力高，远岸带较差。积物。近岸带沉积物承载力高
7、，远岸带较差。海洋沉积物海洋沉积物 风积物风积物 冰碛与冰水沉积物冰碛与冰水沉积物湖泊沉积物湖泊沉积物风积土风积土冰积土冰积土淤积土淤积土12土土(soil)是覆盖在地表的没有胶结或弱胶结的颗粒堆是覆盖在地表的没有胶结或弱胶结的颗粒堆积物积物。是岩石在风化作用后经搬运作用或在原地是岩石在风化作用后经搬运作用或在原地或在异地各种环境下形成的。或在异地各种环境下形成的。岩石风化分为岩石风化分为物理风化、化学风化物理风化、化学风化和和生物风化生物风化。物理风化物理风化：岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，或受波岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，或受波浪的冲击、地震等引起各种力的作用，温度的变化、浪的冲击、地震
8、等引起各种力的作用，温度的变化、冻胀等因素使整体岩石产生裂隙、崩解碎裂成岩块、冻胀等因素使整体岩石产生裂隙、崩解碎裂成岩块、岩屑的过程。岩屑的过程。13化学风化化学风化：岩体（或岩块、岩屑）与氧气、二氧化碳等：岩体（或岩块、岩屑）与氧气、二氧化碳等各种气体、水和各种水溶液等物质相接触，经氧化、碳各种气体、水和各种水溶液等物质相接触，经氧化、碳化和水化作用，使这些岩石或岩屑逐渐产生化学变化，化和水化作用，使这些岩石或岩屑逐渐产生化学变化，分解为极细颗粒的过程。分解为极细颗粒的过程。特征：特征：物理风化物理风化：量变过程，形成的土颗粒较粗；：量变过程，形成的土颗粒较粗；化学风化化学风化：质变过程，
9、形成的土颗粒很细。：质变过程，形成的土颗粒很细。对一般的土而言，通常既经历过物理风化，又有化对一般的土而言，通常既经历过物理风化，又有化学风化，只不过哪种占优而已学风化，只不过哪种占优而已。14土从其堆积或沉积的条件来看可分为：土从其堆积或沉积的条件来看可分为：沼泽土冰碛土风积土河流冲积土运积土残积土土残积土残积土：岩石风化后仍留在原地的堆积物。：岩石风化后仍留在原地的堆积物。特点：湿热地带，粘土，深厚，松软，易变；特点：湿热地带，粘土，深厚，松软，易变；寒冷地带，岩块或砂，物理风化，稳定。寒冷地带，岩块或砂，物理风化，稳定。)(沼泽土有机土冰碛土风积土冲积土运积土残积土无机土土15运积土运积
10、土：岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等搬运：岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等搬运离开生成地点后再沉积下来的堆积物。又分为冲积土、风积离开生成地点后再沉积下来的堆积物。又分为冲积土、风积土、冰碛土和沼泽土等。土、冰碛土和沼泽土等。冲积土冲积土：由水流冲积而成；颗粒分选、浑圆光滑：由水流冲积而成；颗粒分选、浑圆光滑风积土风积土：由风力带动土粒经过一段搬运距离后沉积下来的堆：由风力带动土粒经过一段搬运距离后沉积下来的堆积物；没有层理、细砂或粉粒；黄土积物；没有层理、细砂或粉粒；黄土冰碛土冰碛土：由冰川剥落、搬运形成的堆积物；不成层、从漂石：由冰川剥落、搬运形成的堆积物；不成层、从漂石到
11、粘粒到粘粒沼泽土沼泽土：在沼泽地的沉积物；含有机质、压缩性高、强度低：在沼泽地的沉积物；含有机质、压缩性高、强度低16土是固体颗粒、水和空气的混合物，常称土为土是固体颗粒、水和空气的混合物，常称土为三相系三相系。固相固相：土的颗粒、粒间胶结物；：土的颗粒、粒间胶结物；液相液相：土体孔隙中的水；：土体孔隙中的水；气相气相：孔隙中的空气。：孔隙中的空气。17当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为饱和饱和土土；当土骨架的孔隙仅含空气时，就成为当土骨架的孔隙仅含空气时，就成为干土干土；一般在地下水位以上地面以下一定深度内的土的孔一般在地下水位以上地面以下一定深
12、度内的土的孔隙中兼含空气和水，此时的土体属三相系，称为隙中兼含空气和水，此时的土体属三相系，称为湿湿土土。根据土的粘性分：根据土的粘性分：粘性土粘性土：颗粒很细；：颗粒很细；无粘性土无粘性土：颗粒较粗，甚至很大。砂、碎石、甚：颗粒较粗，甚至很大。砂、碎石、甚 至堆石（直径几十厘米甚至至堆石（直径几十厘米甚至1米）米）18一、土的固相一、土的固相 土的固相物质包括无机矿物颗粒和有机质，是构成土的土的固相物质包括无机矿物颗粒和有机质，是构成土的骨架最基本的物质，称为土粒。对土粒应从其矿物成分、颗骨架最基本的物质，称为土粒。对土粒应从其矿物成分、颗粒的大小和形状来描述。粒的大小和形状来描述。（一）成
13、土矿物：（一）成土矿物：原生矿物，次生矿物原生矿物，次生矿物 1.1.原生矿物原生矿物 原生矿物是岩石经物理风化破碎但成分没有发生变化原生矿物是岩石经物理风化破碎但成分没有发生变化的矿物碎屑。常见的原生矿物有石英、长石、云母、角闪的矿物碎屑。常见的原生矿物有石英、长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石、石榴石等。石、辉石、橄榄石、石榴石等。2.2.不溶于水的次生矿物不溶于水的次生矿物 组成土的这类矿物主要有：黏土矿物组成土的这类矿物主要有：黏土矿物 、次生、次生SiO2 SiO2、倍半氧化物。倍半氧化物。3.3.可溶性次生矿物可溶性次生矿物4.4.有机质有机质1920蒙 脱 石21（二）土粒的大小和
14、土的级配（二）土粒的大小和土的级配粒组粒组：把工程性质相近的土粒合并为一组；某粒组的土粒含：把工程性质相近的土粒合并为一组；某粒组的土粒含量定义为该粒组的土粒质量与干土总质量之比量定义为该粒组的土粒质量与干土总质量之比土的级配土的级配：土中各种大小的粒组中土粒的相对含量。土中各种大小的粒组中土粒的相对含量。我国我国GB50021-2001 岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范的粒组划分标准：的粒组划分标准：粒组名称粒组范围/mm粒组名称粒组范围/mm漂石(块石)粒组200 砂粒粒组0.0752卵石(碎石)粒组20200粉粒粒组0.0050.075砾石粒组 220粘粒粒组0.075mm 水分法水分法
15、：粒径：粒径0.075mm 231.筛分法筛分法利用一套孔径由大到小的筛子，将按规定方利用一套孔径由大到小的筛子，将按规定方法取得的一定质量的干试样放入一次叠好的法取得的一定质量的干试样放入一次叠好的筛中，置振筛机上充分振摇后，称出留在各筛中，置振筛机上充分振摇后，称出留在各级筛上的土粒的质量，按下式计算出小于某级筛上的土粒的质量，按下式计算出小于某土粒粒径的土粒含量百分数土粒粒径的土粒含量百分数X（）（）式中：式中：mi，m分别为小于某粒径的土粒质分别为小于某粒径的土粒质量及试样总质量量及试样总质量100mmXi24土样筛252.水分法水分法密度计法密度计法利用不同大小的土粒在水利用不同大小
16、的土粒在水中的沉降速度不同来确定中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量的小于某粒径的土粒含量的方法。方法。通过密度计测定土水悬浊通过密度计测定土水悬浊液的密度来确定。液的密度来确定。(密度计法、移液管法密度计法、移液管法)26 由级配曲线可以直观地判断土中各粒组的含量情况，如果曲线陡峻(曲线C)，表示土粒大小均匀，级配不好；反之，曲线平缓（曲线B），则表示土粒大小不均匀，但级配良好。27(四四)颗粒分析试验曲线的颗粒分析试验曲线的主要用途主要用途按粒径分布曲线可求得：按粒径分布曲线可求得：（1）土中各粒组的土粒含量，用于）土中各粒组的土粒含量，用于粗粒土的分类和大致评粗粒土的分类和大致评估
17、土的工程性质估土的工程性质；（2）某些特性粒径，用于）某些特性粒径，用于建筑材料的选择和评价土级配的建筑材料的选择和评价土级配的好坏好坏。根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即不均匀系数不均匀系数CuCu和和曲率系数曲率系数CcCc，它们的定义为：，它们的定义为：1060ddCu6010230dddCc28式中：式中：d10，d30和和d60为粒径分布曲线上小于某粒径的土为粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分别为粒含量分别为10，30和和60时所对应的粒径。时所对应的粒径。d10称称为为有效粒径有效粒径；d60称为称为限制粒径限制粒径。29 土的级
18、配的好坏可由土中的土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度土粒均匀程度和和粒径分布曲线粒径分布曲线的形状的形状来决定，而土粒的均匀程度和曲线的形状又可用来决定，而土粒的均匀程度和曲线的形状又可用不均匀不均匀系数系数Cu和和曲率系数曲率系数Cc来衡量。来衡量。Cu10，曲线平缓，级配好，曲线平缓，级配好;Cc过小过小3，说明中间粒度成分不连续，缺少中，说明中间粒度成分不连续，缺少中间颗粒，土体级配不好。间颗粒，土体级配不好。Cc在在13之间说明级配好。之间说明级配好。30结合水厚度结合水厚度影响因素影响因素：成土矿物；阳离子浓度及化学性质：成土矿物；阳离子浓度及化学性质(阳阳离子价低离子价低,厚厚;
19、阳离子浓度高阳离子浓度高,薄薄)。（一）结合水（一）结合水 结合水是指受分子引力、静电引力吸附于土粒表面的土中水。结合水是指受分子引力、静电引力吸附于土粒表面的土中水。1 1）强结合水）强结合水 土粒的静电引力强度是随离开土粒表面的距离增土粒的静电引力强度是随离开土粒表面的距离增大而减弱的，靠近土粒表面的水分子，受到土粒的强烈吸引大而减弱的，靠近土粒表面的水分子，受到土粒的强烈吸引(可可达达100010002000MPa)2000MPa)，而失去自由活动能力，整齐地排列起来。，而失去自由活动能力，整齐地排列起来。这部分水称为强结合水，又叫吸着水。这部分水称为强结合水，又叫吸着水。2 2）弱结合
20、水）弱结合水 距离土粒表面稍远的水分子，受到土粒的吸引力距离土粒表面稍远的水分子，受到土粒的吸引力减弱，有部分活动能力，排列疏松不整齐，这部分水叫弱结合减弱，有部分活动能力，排列疏松不整齐，这部分水叫弱结合水，又叫薄膜水。水，又叫薄膜水。3132(二）自由水二）自由水 离开土颗粒表面较远，不受土颗粒电分子引力作用，离开土颗粒表面较远，不受土颗粒电分子引力作用，且可自由移动的水称为且可自由移动的水称为自由水自由水。(分为毛细管水和重力水分为毛细管水和重力水)1.毛细水毛细水 受到水与空气交界面处表受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水。不仅受面张力作用的自由水。不仅受重力作用，而且还受到表面张
21、重力作用，而且还受到表面张力的支配，能沿着土的细孔隙力的支配，能沿着土的细孔隙从潜水面上升到一定高度，毛从潜水面上升到一定高度，毛细水存在于潜水水位以上的透细水存在于潜水水位以上的透水土层中。水土层中。332.重力水重力水 在重力或水位差作用下能在土中流动的自由水称在重力或水位差作用下能在土中流动的自由水称重重力水。力水。具有溶解能力，能传递静水和动水压力，对土颗粒有具有溶解能力，能传递静水和动水压力，对土颗粒有浮力作用。浮力作用。当它在土孔隙中流动时，对所流经的土体施加渗流力当它在土孔隙中流动时，对所流经的土体施加渗流力(亦称动水压力、渗透力亦称动水压力、渗透力)，计算中应考虑其影响。，计算
22、中应考虑其影响。34存在土中的气体分为两种基本类型：一种是存在土中的气体分为两种基本类型：一种是与大气连通的气与大气连通的气体体；另一种是；另一种是与大气不连通的以气泡形式存在的封闭气体与大气不连通的以气泡形式存在的封闭气体。但土中各种气体的相对含量与大气有很大差别，土粒对气体的但土中各种气体的相对含量与大气有很大差别，土粒对气体的吸附强度依次为：吸附强度依次为：CO2N2O2H2，因而导致，因而导致CO2在土中相在土中相对含量可高达对含量可高达10，而，而CO2在大气中仅占在大气中仅占0.03。35（一）单粒结构（一）单粒结构土的结构、构造是其物质成分的连结特点、空间分布和变化形土的结构、构
23、造是其物质成分的连结特点、空间分布和变化形式。式。单粒结构单粒结构(single grained structure)(single grained structure)，也称散粒结构，是碎，也称散粒结构，是碎石石(卵石卵石)、砾石类土和砂土等无黏性土的基本结构形式。、砾石类土和砂土等无黏性土的基本结构形式。土的固体颗粒电镜资料土的固体颗粒电镜资料36（二）蜂窝状结构（二）蜂窝状结构37（三）絮状结构（三）絮状结构 角、边与面接触时净引力最大，因此絮状结构的特角、边与面接触时净引力最大，因此絮状结构的特征是土粒之间以角、边与面的接触或边与边的搭接形式征是土粒之间以角、边与面的接触或边与边的搭接
24、形式为主。这种结构的土粒呈任意排列，具有较大的孔隙，为主。这种结构的土粒呈任意排列，具有较大的孔隙，其强度低，压缩性高，对扰动比较敏感。其强度低，压缩性高，对扰动比较敏感。土的絮状结构土的絮状结构 38在一定土体中，结构相对均一的土层单元体的形态和组合特征在一定土体中，结构相对均一的土层单元体的形态和组合特征，称为土的构造。，称为土的构造。1 1）对于碎石土、粗石状构造和）对于碎石土、粗石状构造和 假斑状构造是最普遍的。假斑状构造是最普遍的。2)2)对于砂土和砂质粉土，各种不对于砂土和砂质粉土，各种不同形式的夹层、透镜体或交错同形式的夹层、透镜体或交错层构造，较为普遍。层构造，较为普遍。39可
25、分为两类：可分为两类：一类是必须一类是必须通过试验测定通过试验测定的的,如含水率、重度和土粒比如含水率、重度和土粒比重重,称为直接指标；称为直接指标；另一类是另一类是根据直接指标换算根据直接指标换算的，如孔隙比、孔隙率、的，如孔隙比、孔隙率、饱和度等，称为间接指标。饱和度等，称为间接指标。土的基本物理性质指标，亦即土的基本物理性质指标，亦即土的三相比例指标土的三相比例指标,是表示土的三是表示土的三相比例关系的指标相比例关系的指标.40一、试验直接测定的物理性质指标一、试验直接测定的物理性质指标（一）土的密度（一）土的密度与重度与重度 土的密度定义为土的密度定义为单位体积土的质量单位体积土的质量
26、，用，用表示，单位表示，单位为为kg/m3(或或g/cm3)。表达式如下：表达式如下：（3-4）对于粘性土，土的密度常用对于粘性土，土的密度常用环刀法环刀法测定。测定。awsawsVVVmmmVm41 土的重度亦称为容重，定义为土的重度亦称为容重，定义为单位体积土的重量单位体积土的重量，用用表示，单位为表示，单位为kN/m3。表达式如下：。表达式如下：（3-5）式中：式中：W土的重量，单位为土的重量，单位为kN；g重力加速度。重力加速度。gVgmVW42（二）土粒比重（二）土粒比重Gs土粒比重定义为土粒比重定义为土粒的质量（或重量）与同体积土粒的质量（或重量）与同体积4时纯水的质量时纯水的质量
27、（或重量）之比（无因次），（或重量）之比（无因次），其表达式为：其表达式为：（3-6）或或 （3-7）式中：式中：s土粒的密度，即土粒单位体积的质量；土粒的密度，即土粒单位体积的质量；（w）44时纯水的密度，时纯水的密度，1g/cm3（w）44时纯水的重度。时纯水的重度。4s4wwsssVmG4wsssVgmG43（三）土的含水率（三）土的含水率w 土的含水率，曾称为含水量，定义为土的含水率，曾称为含水量，定义为土中水的质量与土中水的质量与土粒的质量之比土粒的质量之比，以百分数表示，其表达式为：，以百分数表示，其表达式为：（3-9）测定含水率常用的方法是测定含水率常用的方法是烘干法烘干法，先称
28、出天然土的质量，先称出天然土的质量，然后放在烘箱中，在然后放在烘箱中，在100105常温下烘干，称得干常温下烘干，称得干土质量，按上式可算得。土质量，按上式可算得。%100swmm44二、间接换算得物理性质指标二、间接换算得物理性质指标（一）土的孔隙比（一）土的孔隙比e 定义：定义：土中孔隙的体积与土粒的体积之比土中孔隙的体积与土粒的体积之比，以小数，以小数表示，其表达式为：表示，其表达式为：（3-10）（二）土的孔隙率（二）土的孔隙率n 定义：定义：土中孔隙的体积与土的总体积之比土中孔隙的体积与土的总体积之比，或单位，或单位体积内孔隙的体积，以百分数表示，其表达式为：体积内孔隙的体积，以百分
29、数表示，其表达式为：（3-11）svVVe%100VVnv45（三）土的饱和度三）土的饱和度Sr 定义：定义：土中孔隙水的体积与孔隙体积之比土中孔隙水的体积与孔隙体积之比，以百分，以百分数表示，其表达式为：数表示，其表达式为：（3-12）%100vwrVVS46土的干重度：土的干重度：单位体积内土粒的重量单位体积内土粒的重量，表达式为：，表达式为：（3-14）土烘干，体积要减小，因而，土的干密度不等于烘干土烘干，体积要减小，因而，土的干密度不等于烘干土的密度。土的干密度或干重度也是评定土密实程度的指土的密度。土的干密度或干重度也是评定土密实程度的指标，干密度或干重度愈大表明土愈密实，反之愈疏松
30、。标，干密度或干重度愈大表明土愈密实，反之愈疏松。gVgmVWdssd（四）干密度四）干密度d与干重度与干重度d土的干密度：土的干密度：单位体积内土粒的质量单位体积内土粒的质量，表达式：，表达式：（3-13）Vmsd47（五）饱和密度（五）饱和密度sat与饱和重度与饱和重度sat 饱和密度定义：饱和密度定义：土中孔隙完全被水充满土处于饱和状土中孔隙完全被水充满土处于饱和状态时单位体积土的质量态时单位体积土的质量。表达式为：。表达式为：（3-15）VVmwvssat 在饱和状态下，单位体积土的重量在饱和状态下，单位体积土的重量称为饱和重度，其称为饱和重度，其表达式为：表达式为：（3-16）gVg
31、VgmVVWsatwvswvssat48（六）浮密度六）浮密度与浮重度（有效重度）与浮重度（有效重度）土在水下，受到水的浮力作用，其有效重量减小，因土在水下，受到水的浮力作用，其有效重量减小，因此提出了浮重度，即有效重度的概念，其表达式为：此提出了浮重度，即有效重度的概念，其表达式为：（3-17）gVgVgmVVWwsswss49与其相应，提出了浮密度的概念，土的浮密度是与其相应，提出了浮密度的概念，土的浮密度是单位体单位体积内的土粒质量与同体积水质量之差积内的土粒质量与同体积水质量之差，其表达式为：，其表达式为：（3-18）或或 （3-19）从上述四种土的密度或重度的定义可知，同一土样从上述
32、四种土的密度或重度的定义可知，同一土样各种密度或重度在数值上有如下关系：各种密度或重度在数值上有如下关系：dsatdsatwsatVVmwss饱和密度饱和密度湿密度湿密度干密度干密度浮密度浮密度5051三、物理性质指标间的换算三、物理性质指标间的换算 常用的土的物理指标共有九个。已知其中任意三个，常用的土的物理指标共有九个。已知其中任意三个，通过换算可以求出其余的六个。通过换算可以求出其余的六个。（一）孔隙比与孔隙率的关系（一）孔隙比与孔隙率的关系设土体内土粒的体积为设土体内土粒的体积为1，则，则e=Vv/V可知，孔隙的体积可知，孔隙的体积Vv为为e，土体的体积，土体的体积V为为(1e)，于是
33、有：，于是有：（3-20）或或 （3-21）eeVVnv1nne1 孔隙 e 1+e 土粒 1 三相示意图（三相示意图（a）52（二）干密度与湿密度和含水率的关系（二）干密度与湿密度和含水率的关系 设土体的体积设土体的体积V为为1，则，则d=ms/V，土体内土粒的质，土体内土粒的质量量ms为为d，由，由w=mw/ms水的质量水的质量mw为为wd.于是，按式（于是，按式（34）的定义可得：）的定义可得：或或 （3-22）)1(1wwVmdddwd153（三）孔隙比与比重和干密度的关系（三）孔隙比与比重和干密度的关系设土体内土粒的体积为设土体内土粒的体积为1,则按则按e=Vv/V,孔隙的体积孔隙的
34、体积Vv为为e；由由s ms/Vs得土粒的质量得土粒的质量ms为为s。于是。于是,按按d的定义可得的定义可得：应用式（应用式（36）整理得：）整理得：(3-23)eVmssd11dwsGe54（四）饱和度与含水率、比重和孔隙比得关系（四）饱和度与含水率、比重和孔隙比得关系 设土体内土粒的体积为设土体内土粒的体积为1，则按，则按e=Vv/V得体积得体积Vv=e；由；由s ms/Vs得土粒的质量得土粒的质量ms=s.按按w=mw/ms,水得质量水得质量mw=ws,则水得体积则水得体积Vw=mw/w=ws/w.于是于是 （3-24）当土饱和时，即当土饱和时，即Sr为为100，则：，则：（3-25）式
35、中：式中：wsat饱和含水率。饱和含水率。ewGewVVSswsvwrssatGwe 55（五）浮密度与比重和孔隙比得关系（五）浮密度与比重和孔隙比得关系 设土体内土粒体积为设土体内土粒体积为1,则按则按e=Vv/V,孔隙的体积孔隙的体积Vv为为e;由由s ms/Vs得土粒的质量得土粒的质量ms为为s，于是，按式，于是，按式(318)可得可得 （3-26）eGeVVmwswswss1115657【例题例题31】某一块试样在天然状态下的体积为某一块试样在天然状态下的体积为60cm3，称得其质量为，称得其质量为108g，将其烘干后称得质量，将其烘干后称得质量为为96.43g，根据试验得到的土粒比重
36、，根据试验得到的土粒比重Gs为为2.7，试求，试求试样的湿密度、干密度、饱和密度、含水率、孔隙试样的湿密度、干密度、饱和密度、含水率、孔隙比、孔隙率和饱和度。比、孔隙率和饱和度。【解解】(1)已知已知V60cm3，m=108g，则由式，则由式(3-4)得得 =m/v=108/60=1.8g/cm358（2）已知）已知ms=96.43g，则，则 mw=mms=10896.43=11.57g按式（按式（39），于是），于是 w=mwms11.5796.43=12%（3）已知）已知Gs=2.7，则，则 Vs=mss=96.43 2.735.7cm3 Vv=VVs=6035.724.3cm3 按式（按
37、式（310），于是），于是 e=Vv Vs24.3 35.7=0.68（4）按式（）按式（311）n=Vv V24.3 60=40.5（5）根据）根据w的定义的定义 Vw=mww=11.57111.57cm3 于是按式（于是按式（312）St=Vw Vv=11.57 24.34859【例题例题32】某土样在天然状态下的孔隙比某土样在天然状态下的孔隙比 e=0.8，土粒比重，土粒比重 Gs=2.68，含水量，含水量=24%，求：，求：(a)天然状态下的重度、干重度和饱和度；天然状态下的重度、干重度和饱和度；(b)若该土样加水后，达到饱和状态，计算饱和若该土样加水后，达到饱和状态，计算饱和时的含水
38、量时的含水量及饱和重度及饱和重度(假定土的孔隙比保持不假定土的孔隙比保持不变变)。60ewGws11解解:(a)311.188.0124.0181.968.2mkN361.14%24111.181mkNd%4.8080.068.224.0ewGSsr%85.2968.280.0ssatGe3/97.1881.98.018.068.21mkNeeGwssat(b)61 某饱和土样重某饱和土样重0.4N，体积为，体积为21.5 cm3。放入烘。放入烘箱内烘一段时间后取出，称得其重量为箱内烘一段时间后取出，称得其重量为0.33N，体积减小至体积减小至15.7 cm3，饱和度为，饱和度为75%。试求该
39、土。试求该土样烘烤前的含水量样烘烤前的含水量 w、孔隙比、孔隙比 e 及干容重及干容重 d。62解：设烘一段时间后，孔隙体积为解：设烘一段时间后，孔隙体积为Vv2，孔隙水所占体积为，孔隙水所占体积为Vw2，则：，则：在烘后状态：在烘后状态：在烘前状态：在烘前状态：联立求解得：联立求解得：Vv2=4.8cm3，Vw2=3.6cm3%7522vwrVVS%100)7.155.21(1010/10)33.04.0(2632vwrVVS36313.6(0.40.33)10/10 104.3cmwV314.8(21.5 15.7)10.6cmvV%3610106.10104.010106.1063697
40、2.06.105.216.10e36368.13%361)105.21/(104.01mkNd63minmax0maxeeeeDr一、一、无粘性土无粘性土的相对密实度的相对密实度常用常用相对密实度相对密实度Dr来衡量无粘性土的松紧程度，其定义为来衡量无粘性土的松紧程度，其定义为 （3-27）式中：式中：Dr相对密实度；相对密实度；emax无粘性土处在最松状态时的孔隙比；无粘性土处在最松状态时的孔隙比；emin无粘性土处在最密状态时的孔隙比；无粘性土处在最密状态时的孔隙比；e0无粘性土的天然孔隙比或填筑孔隙比。无粘性土的天然孔隙比或填筑孔隙比。岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范 GB50021-2
41、00164推导可得相对密实度使用表达式推导可得相对密实度使用表达式 （3-28）式中：式中：dmax无粘性土的最大干密度；无粘性土的最大干密度；dmin无粘性土的最小干密度；无粘性土的最小干密度；d无粘性土的天然干密度或填筑干密度无粘性土的天然干密度或填筑干密度将风干的无粘性土试样用将风干的无粘性土试样用漏斗法漏斗法测定其最小干密度，测定其最小干密度，用用振击法振击法测定其最大干密度。测定其最大干密度。ddddddrDminmaxmaxmin65二、粘性土的稠度二、粘性土的稠度（一）粘性土的稠度状态（一）粘性土的稠度状态 稠度：稠度：指粘性土的干湿程度或因含水量变化而表现出的各指粘性土的干湿程
42、度或因含水量变化而表现出的各种不同的物理状态，是粘性土最主要的物理状态指标种不同的物理状态，是粘性土最主要的物理状态指标.可塑性：可塑性：土在外力作用下可改变形状但不显著改变其体积土在外力作用下可改变形状但不显著改变其体积也不开裂，外力卸除后仍能保持已有的形状也不开裂，外力卸除后仍能保持已有的形状.黏性土的物理状态因其颗粒很细，与水作用很强烈，内部结黏性土的物理状态因其颗粒很细，与水作用很强烈，内部结构与无黏性土差别很大，工程性质也与无黏性土差别很大。构与无黏性土差别很大，工程性质也与无黏性土差别很大。66（二）界限含水率（二）界限含水率粘性土从一种状态过渡到另一种状态，可用某一界限含水率粘性
43、土从一种状态过渡到另一种状态，可用某一界限含水率来区分，这种界限含水率称为来区分，这种界限含水率称为稠度界限稠度界限.液限液限（WL）从流动状态转变为可塑状态的界限含水率从流动状态转变为可塑状态的界限含水率,也就是可塑状态的上限含水率；也就是可塑状态的上限含水率；塑限塑限（Wp）从可塑状态转变为半固体状态的界限含水从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率，也就是可塑状态的下限含水率；率，也就是可塑状态的下限含水率；缩限缩限（Ws）从半固体状态转变为固体状态的界限含水率从半固体状态转变为固体状态的界限含水率，亦即粘性土随着含水率的减小而体积开始不变时的含，亦即粘性土随着含水率的减小而体积开始不变时
44、的含水率水率。672.液、塑限的测定液、塑限的测定 测定液限的方法：锥式液限仪。测定液限的方法：锥式液限仪。76g，30o，10mm.测定塑限的方法：搓条法。测定塑限的方法：搓条法。3mm，刚好断裂，刚好断裂.测定塑限：锥式液限仪测定塑限：锥式液限仪.76g，30o，2mm.682.液、塑限的测定液、塑限的测定测定塑限的方法：测定塑限的方法：搓条法搓条法和和液、塑限联合测定法液、塑限联合测定法。测定液限的方法：测定液限的方法：碟式仪法碟式仪法和和液、塑限联合测定法液、塑限联合测定法。25击合拢长度击合拢长度13mm时含水率时含水率为液限为液限69（三）塑性指数和液性指数三）塑性指数和液性指数1
45、.塑性指数塑性指数塑性指数塑性指数：液限和塑限之差的百分数值：液限和塑限之差的百分数值(去掉百分号去掉百分号).用用Ip表示，取整数，即：表示，取整数，即：塑性指数越高，吸着水含量可能高，土的粘粒含塑性指数越高，吸着水含量可能高，土的粘粒含量越高量越高。pLpIww70塑性指数塑性指数Ip土的名称土的名称Ip17粘土粘土10Ip17粉质粘土粉质粘土注注:塑性指数由相应于塑性指数由相应于76g圆锥体沉入土样中深度圆锥体沉入土样中深度为为10mm时测定的液限计算而得。时测定的液限计算而得。粘性土的分类粘性土的分类建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB50007-2002表313712.液性指
46、数液性指数粘性土的状态可用液性指数来判别。定义为：粘性土的状态可用液性指数来判别。定义为：（3-31）式中：式中：IL液性指数，以小数表示；液性指数，以小数表示；w土的天然含水率。土的天然含水率。液性指数表征了土的天然含水率与界限含水率之间的相对关液性指数表征了土的天然含水率与界限含水率之间的相对关系，表达了天然土所处的状态。系，表达了天然土所处的状态。pppLpLIwwwwwwI液性指数液性指数ILIL00IL0.250.25IL0.750.751.00稠度状态稠度状态坚硬坚硬硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑流塑流塑根据液性指数的大小，划分粘性土的状态：根据液性指数的大小，划分粘性土的状态：72晚更
47、新世Q3及其以前沉积的土，定为老沉积土，一般呈超固结状态，具有较高的结构强度。第四纪全新世中近期沉积的土，定为新近沉积土，它可划分为残积土、坡积土、冲积土、洪积土、冰积土、风积土等。粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量50%，应定为碎石土。按表310进一步分类：砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂规范：粗粒土按颗粒级配进行分类；粘性土按塑性指数分类粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量50%，粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量50%，应定为砂土。按表311进一步分类。73粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过总质量50%，且塑性指数小于或等于10的土，应定名为粉土。其中
48、粒径小于0.005的颗粒含量超过全重10%，定名为粘质粉土粒径小于0.005的颗粒含量不超过全重10%，定名为砂质粉土塑性指数大于10的土，应定名为粘性土。按表313进一步分类。进一步地，将再静水或缓慢的流水环境中沉积，经生物化学形成，其天然含水率大于液限、天然孔隙比大于或等于1.5的粘性土称为淤泥。天然孔隙比小于1.5，但大于或等于1.0的粘性土称为淤泥质土。7475【例题例题17】有有A，B，C三种土，它们的粒径分布曲线三种土，它们的粒径分布曲线如图所示如图所示.已知已知B土的液限为土的液限为38，塑限为，塑限为19，C土的土的液限为液限为47，塑限为，塑限为24。试对这三种土进行分类。试
49、对这三种土进行分类。76【解解】（1）对）对A土进行分类：土进行分类：从图从图128曲线曲线A查得粒径大于查得粒径大于60mm的巨粒含量为零，而粒径大于的巨粒含量为零，而粒径大于0.075mm的粗粒含量为的粗粒含量为98，大于，大于50，所以，所以A土属于粗粒土；土属于粗粒土；从图中查得粒径大于从图中查得粒径大于2mm的砾粒含量为的砾粒含量为63，大于，大于50，所以，所以A土土属于砾类土；属于砾类土；细粒含量为细粒含量为2，少于，少于5，该土属砾；，该土属砾；从图中曲线查得从图中曲线查得d10，d30和和d60分别为分别为0.32mm、1.65mm和和3.55mm，因此，土的不均匀系数因此，
50、土的不均匀系数 Cu=d60/d10=3.55/0.3211.0土的曲率系数土的曲率系数 Cc=(d30)2/d10/d601.652/0.32/3.55=2.40由于由于Cu5,Cc13,所以所以A土属于级配良好砾。土属于级配良好砾。77(2)对对B土进行分类：土进行分类：从图从图128的的B曲线中查得大于曲线中查得大于0.075mm的粗粒含量为的粗粒含量为72%，大于，大于50%，所以，所以B土属于粗粒土；土属于粗粒土；从图中查得大于从图中查得大于2mm的砾粒含量为的砾粒含量为8%，小于，小于50%，所以，所以B土属于砂类土，但小于土属于砂类土，但小于0.075mm的细粒含量为的细粒含量为
